铁电材料有望使计算机告别硅时代

铁电材料有望使计算机告别硅时代！！！

经过几十年的反复再造，硅晶体管开始显现出了其发展的瓶颈。铁电材料（Ferroelectric materials）可使计算机不再运用数字逻辑进行计算。

如这张彩色照片中所示，铁电材料的这种鱼脊形结构或许可以使它适于作为晶体管使用。

　　经过几十年的反复再造，硅晶体管开始显现出了其发展的瓶颈，整个行业都开始寻找它的替代品。目前，一种新的符合计算机行业使用要求的材料出现在人们面前。如果这种材料可以成功运用于计算机领域，这将使计算机处理器不仅能有效提高能源利用率，而且能够提高运算能力和存储能力。

　　经过研究，研究人员发现，他们可以利用电荷在四种不同状态之间进行快速切换的铁电材料来存储数据。由这种材料制成的晶体管可以利用这些不同的电荷状态表达比1和0更多的计算机数字逻辑基础，而且它不需要外部供电即可保持这些电荷状态，这种材料既可以处理信息也可储存信息。

　　如今的硅晶体管已缩小到了纳米级别，已经达到性能极限，不能很好地处理功耗过高、散热和速度等问题。

托马斯·塞伊斯（Thomas N. Theis）是位于纽约约克镇的IBM公司沃森（Watson）研究中心的科学家，他是一家工业财团半导体研究集团下属的纳米电子学研究创新计划的执行董事，他认为，使用了这类处理器的产品都需要用各自不同的方式来克服这些挑战。

　　加州大学伯克利分校的材料科学家莱恩·马丁（Lane Martin）目前领导这项新研究。他指出，铁电材料的一个主要优势在于，这种材料对于半导体产业来说并不是新生事物。富士通、德州仪器以及其他几家公司都已经制造出了铁电存储设备。

　　“我们只不过是将现有的这种材料进行升级，如果有公司想要采用它，它不会像新材料那样要十年才能实现规模化，”马丁这样说道。

　　马丁正与理论化学家安德鲁·瑞普（Andrew Rappe）共同合作在宾夕法尼亚大学进行建模并测试铁电体。

　　与硅晶体管一样，铁电元件可以在不同状态之间进行切换来表达信息。但是切换的物理特性与硅晶体管是*不同的。铁电体不是在传导与绝缘状态之间切换，而是切换电极，即改变电荷在材料中的位置。

　　铁电材料具有天然的电极，可以通过电场来改变电极方向。到目前为止，切换只需要几纳秒，对于数据存储来说这已足够快了，但对于数据处理而言，这样的速度还是太慢，而这需要消耗相当多的能量。

　　瑞普预测，通过增大铁电晶体一定角度并从另一个角度施加电场，铁电材料的切换会发生改变。除了上下两极切换，还有一种瑞普称为“次状态”的中间状态。

　　马丁对用各种不同铁电材料制作的元件进行测试，包括锆钛酸铅。在测试中，当状态从上电极状切换到次状态再到下电极状态时，与从上电极直接切换到下电极相比，它展示出了更快的切换速度，而且只需要较低的电压。测试结果公布在了《Nature Materials》杂志上。

　　马丁指出，这种铁电材料的切换速度比常规设计至少快了两至三倍。

　　IBM的塞伊斯表示，这项测试研究的结果似乎表明了，我们对这些材料的了解取得了“非常重大的进步”。

　　马丁表示，他和瑞普希望，不仅仅局限于将铁电材料应用于存储设备上。他们的一个想法是，将这些铁电材料与硅材料进行结合，从而制造出新型晶体管。这种新设备将会节能，会将计算处理与存储结合为一体。

　　“如果发生断电现象，你可在电源恢复后继续原来的工作，这对于家庭用户而言十分便利，而且节省了数据中心的开支，”马丁这样说道。